另辟蹊径从源头防御，让种子“活得更久”
不同物种的种子寿命差异。
■本报记者 李晨
种子是农业的“芯片”，却也是极其脆弱的“芯片”。全球每年有25%~33%的种子因贮藏中老化而失去活力，由此造成的损失高达数十亿美元。如何让种子“活得更久”，一直是种业领域的“卡脖子”难题。
近日，中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室研究员张健团队成功克隆出调控水稻种子寿命的关键基因SL6，并揭示其通过调节种子脂肪酸组分，抑制膜脂过氧化，进而延长种子寿命的分子机制。该研究成果发表于《科学进展》。
种子世界里悬殊的生命年轮
据论文通讯作者张健介绍，种子在成熟干燥后会进入休眠状态，可在较长时间里保持活性，这被认为是植物维持繁衍的重要机制。但在贮藏过程中，即便轻微的代谢活动，也会使种子老化，逐渐丧失活力。
受种子寿命评价指标复杂、研究周期长等因素的制约，关于种子寿命调控基因的研究成果较少，种子遗传机理尚不明确。
“因生长环境、贮藏条件、种子形态及内含物组分等差异，不同物种的种子寿命大不相同。”张健说，生长在喜马拉雅南麓的婆罗双，种子寿命仅有几周；同为豆科植物的花生和大豆，种子寿命约一至两年，绿豆的寿命则长达5年。
水稻、小麦和玉米等常见的禾谷类作物，种子寿命多为2至5年。我国辽宁省普兰店出土的睡莲种子，保存了1300多年仍具备发芽能力，而在黑海附近出土的海枣种子寿命甚至超过2000年。“每一粒种子中都隐藏着沉睡与凋零的生命密码。”张健强调。
源自野生稻的驯化馈赠
长期以来，科学界对种子老化的研究多聚焦于“清除自由基”的抗氧化路径。研究团队则另辟蹊径，提出“源头防御”的新理论。
历经近十年攻关，研究团队建立了种子寿命半衰期指标G50，并从耐储籼稻品种黄华占（HHZ）中克隆到主效QTL-qSL6。该基因编码一类脂酰-酰基载体硫酯酶，核心功能为调控软脂酸的合成。软脂酸约占稻米脂肪酸的20%。
论文共同第一作者、中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室副研究员王以锋介绍，种子灌浆期发生的干燥胁迫会产生脱落酸（ABA）信号，进而激活SL6基因表达。而SL6就像一个精密的“分子盾牌”，通过重塑种子内部脂肪酸组分，显著提高饱和/不饱和脂肪酸比例，有效降低细胞膜脂双键被氧化的风险，从源头上加固了细胞的“防御工事”，抑制膜脂过氧化损伤。
这一机制突破了传统抗氧化研究范式。研究首次在植物体内完整揭示“恒黏适应性”分子调控通路，即生物在逆境下主动重塑膜脂组分以维持膜流动性和黏度稳态的抗逆机制，为理解种子活力衰退提供了全新的视角。
论文共同第一作者、中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室研究员应杰政介绍，SL6可分为两种单倍型，其中祖先型单倍型源自野生稻，是水稻驯化过程中为适应高温、高湿贮藏环境而保留下来的“长寿秘籍”，主要保留在籼稻中，却在粳稻驯化过程中逐渐丢失。
上述发现既解释了籼粳间种子耐贮性差异的遗传基础，也为合成生物学提供了一种全新的高效调控工具。
随后，研究人员通过转基因方法适度提高SL6表达量，利用分子育种手段将该基因导入主栽粳稻品种或粳型恢复系亲本。结果发现，上述操作能够有效延长常规稻和籼粳杂交稻种子的半衰期——常规稻种子半衰期提升约27%，杂交稻种子半衰期提升约15%，且不改变主要农艺性状。
“这对破解我国粳稻及籼粳杂交稻种子仓储过程中易劣变的产业痛点，具有巨大的应用价值。”张健说。此外，SL6还可显著延长拟南芥和烟草的种子寿命，表明该基因在单、双子叶植物的种子耐储性改良方面拥有广阔的跨物种应用前景。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1126/sciadv.aeg8609